實(shí)驗(yàn)報(bào)告密立根油滴實(shí)驗(yàn)

浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)名稱：密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷e二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、經(jīng)過對(duì)帶電油滴在重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的丈量，考證電荷的不連續(xù)性，并測(cè)定電子電荷的電荷值e。2、經(jīng)過實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)儀器的調(diào)整、油滴的選擇、耐心地追蹤和丈量以及數(shù)據(jù)的辦理等，培育學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真和謹(jǐn)小慎微的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和態(tài)度。3、學(xué)習(xí)和理解密立根利用宏觀量丈量微觀量的奇妙假想和構(gòu)想。三、儀器器具：密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀四、實(shí)驗(yàn)原理：動(dòng)向丈量法假定重力場(chǎng)中一個(gè)足夠小油滴的運(yùn)動(dòng)，設(shè)此油滴半徑為r，質(zhì)量為m1，空氣是粘滯流體，故此運(yùn)動(dòng)油滴除重力和浮力外還受粘滯阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滯阻力與物體運(yùn)動(dòng)速度成正比。設(shè)油滴以速度m1gm2gKvf

vf

勻速著落，則有（1）此處m2為與油滴同體積的空氣質(zhì)量，K為比率系數(shù)，g為重力加快度。油滴在空氣及重力場(chǎng)中的受力狀況如圖1所示：若此油滴帶電荷為q，并處在場(chǎng)強(qiáng)為E的均勻電場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)力qE方向與重力方向相反，如圖

2所示，假如油滴以速度

vr勻速上漲，則有qE

(m1

m2

)g

Kvf

2qEKvfm2g2gKvrm1gm1g圖1重力場(chǎng)中油滴受力表示圖圖2電場(chǎng)中油滴受力表示圖由式（1）和（2）消去K，可解出q為q(m1m2)g(vfvr)（3）Evf由式（3）能夠看出，要丈量油滴上攜帶的電荷q，需要分別測(cè)出1、2、E、mmvf、vr等物理量。由噴霧器噴出的小油滴的半徑r是微米數(shù)目級(jí)，直接丈量其質(zhì)量m1也是困難的，為此希望消去m1，而代之以簡(jiǎn)單丈量的量。設(shè)油與空氣的密度分別為1、2，于是半徑為r的油滴的視重為m1gm2g4r3(12)g（4）3五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)控制油滴在視場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，并選擇適合的油滴丈量元電荷。要求起碼丈量5個(gè)不一樣的油滴，每個(gè)油滴的丈量次數(shù)應(yīng)在3次以上。1、調(diào)整油滴實(shí)驗(yàn)儀①水平調(diào)整調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀底部的旋鈕(順時(shí)針儀器高升，逆時(shí)針儀器降落)，經(jīng)過水平儀將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)平，使均衡電場(chǎng)方向與重力方向平行免得惹起實(shí)驗(yàn)偏差。極板平面能否水平?jīng)Q定了油滴在著落或提高過程中能否發(fā)生前后、左右的漂移。②噴霧器調(diào)整將少許鐘表油遲緩的倒入噴霧器的儲(chǔ)油腔內(nèi)，使鐘表油湮沒提油管下方，油不要太多，免得實(shí)驗(yàn)過程中不慎將油傾倒至油滴盒內(nèi)擁塞落油孔。將噴霧器豎起，用手?jǐn)D壓氣囊，使得提油管內(nèi)充滿鐘表油。③儀器硬件接口連結(jié)主機(jī)接線：電源線接溝通220V/50Hz；Q9視頻輸出接監(jiān)督器視頻輸入（IN）。監(jiān)督器：輸入阻抗開關(guān)撥至75（ohm），Q9視頻線纜接IN輸入插座。電源線接220V/50Hz溝通電壓。前面板調(diào)整旋鈕自左至右挨次為左右調(diào)整、上下調(diào)整、亮度調(diào)整、對(duì)照度調(diào)整。④實(shí)驗(yàn)儀聯(lián)機(jī)使用a．翻開實(shí)驗(yàn)儀電源及監(jiān)督器電源，監(jiān)督器出現(xiàn)歡迎界面b．按隨意鍵：監(jiān)督器出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置界面，第一，設(shè)置實(shí)驗(yàn)方法，而后依據(jù)該地的環(huán)境適合設(shè)置重力加快度、油密度、大氣壓強(qiáng)、油滴著落距離?！啊北硎咀笠奇I、“→”表示為右移鍵、“+”表示數(shù)據(jù)設(shè)置鍵。c．按確認(rèn)鍵出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)界面：將工作狀態(tài)切換至“工作”，紅色指示燈亮，將均衡、提高按鍵設(shè)置為“均衡”。⑤CCD成像系統(tǒng)調(diào)整從噴霧口噴入油霧，此時(shí)監(jiān)督器上應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)大批運(yùn)動(dòng)油滴的像。若沒有看到油滴的像，則需調(diào)整調(diào)焦旋鈕或檢查噴霧器能否有油霧噴出，直至獲得油滴清楚的圖像。⑥控制油滴的運(yùn)動(dòng)選擇適合的油滴，調(diào)整均衡電壓，使油滴均衡在某一格線上，將工作狀態(tài)按鍵切換至“0V”，綠色指示燈點(diǎn)亮，此時(shí)上下極板同時(shí)接地，電場(chǎng)力為零，油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作著落運(yùn)動(dòng)，當(dāng)由滴著落到有0標(biāo)記的刻度線時(shí)，馬上按下準(zhǔn)時(shí)開始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始記錄油滴著落的時(shí)間；待油滴著落至有距離標(biāo)記（比如）的格線時(shí)，馬上按下準(zhǔn)時(shí)結(jié)束鍵，同時(shí)記時(shí)器停止記時(shí)。經(jīng)歷一小段時(shí)間后0V、工作按鍵自動(dòng)切換至“工作”（均衡、提高按鍵處于“均衡”），此時(shí)油滴將停止著落，能夠經(jīng)過確認(rèn)鍵將此次丈量數(shù)據(jù)記錄到屏幕上。將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點(diǎn)亮，此時(shí)儀器依據(jù)均衡或提升狀態(tài)分兩種情況：若置于“均衡”，則能夠經(jīng)過均衡電壓調(diào)理旋鈕調(diào)整均衡電壓；若置于“提高”，則極板電壓將在原均衡電壓的基礎(chǔ)上再增添200V的電壓，用來向上提高油滴。⑤選擇適合的油滴要作好油滴實(shí)驗(yàn)，所選的油滴體積要適中，大的油滴固然光亮，但一般帶的電荷多，降落或提高太快，不簡(jiǎn)單測(cè)正確。太小則受布朗運(yùn)動(dòng)的影響顯然，丈量時(shí)漲落較大，也不簡(jiǎn)單測(cè)正確。所以應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)量適中而帶電不多的油滴。建議選擇均衡電壓在150-400V之間、著落時(shí)間在20S（當(dāng)著落距離為2mm時(shí)）左右的油滴進(jìn)行丈量。均衡丈量法：①開啟電源，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點(diǎn)亮；將均衡、提高按鍵置于“均衡”。②經(jīng)過噴霧口向油滴盒內(nèi)噴入油霧，此時(shí)監(jiān)督器大將出現(xiàn)大批運(yùn)動(dòng)的油滴。選用適合的油滴，認(rèn)真調(diào)整均衡電壓，使其均衡在某一同始格線上（見后邊均衡法表示圖）。③將工作狀態(tài)按鍵切換至“0V”，此時(shí)油滴開始著落，當(dāng)油滴著落到有“0”標(biāo)記的格線時(shí)，馬上按下準(zhǔn)時(shí)開始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，開始記錄油滴的著落時(shí)間。④當(dāng)油滴著落至有距離標(biāo)記的格線時(shí)（比如：），馬上按下準(zhǔn)時(shí)結(jié)束鍵，同時(shí)記時(shí)器停止記時(shí)（如無人為干涉，經(jīng)過一小段時(shí)間后，工作狀態(tài)按鍵自動(dòng)切換至“工作”，油滴將停止挪動(dòng)），此時(shí)能夠經(jīng)過確認(rèn)按鍵將丈量結(jié)果記錄在屏幕上。⑤將均衡、提高按鍵置于“提高”，油滴將被向上提高，當(dāng)回到高于有“0”標(biāo)記格線時(shí)，將均衡、提高鍵置回均衡狀態(tài)，使其靜止。⑥從頭調(diào)整均衡電壓，重復(fù)③④⑤，并將數(shù)據(jù)記錄到屏幕上（均衡電壓V及著落時(shí)間t）。當(dāng)達(dá)到5次記錄后，按確認(rèn)鍵，界面的左面出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。⑦重復(fù)②③④⑤⑥步，測(cè)出油滴的均勻電荷量起碼測(cè)5個(gè)油滴，并依據(jù)所測(cè)得的均勻電荷量Q求出它們的最大條約數(shù)，即為基本電荷e值（需要足夠的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量）。依據(jù)e的理論值，計(jì)算出e的相對(duì)偏差。數(shù)據(jù)記錄：?jiǎn)挝弧?0-19CQ1Q2Q3Q4Q513．2594．8503．1187．986．3．22723．1854．7843．2438．0233．28433．0764．8863．2478．0613．18343．3074．9023．1897．7513．20753．2084．8993．0997．9853．187均勻3．2074．8643．1797．9553．218六、數(shù)據(jù)辦理：考證明驗(yàn)數(shù)據(jù)：假定電子的電荷e=×10-19CN1=